1000kV立柱式氧化锌避雷器三维电位分布计算及均压环设计

基于区域分裂思想，采用虚拟半球面耦合边界将三维上半空间无界域划分成耦合面内子区域与耦合面外无界子区域。其中，对耦合面内子区域采用传统有限元法离散；而将耦合面外无界子区域当作一个大单元，采用满足拉氏方程的本征解作为该大单元的插值函数，这样从根本上解决了有限元法难以离散无界场域的问题, 从而形成了求解三维上半空间无界域静电场问题的一种新方法：有限元-解析结合解法。采用该方法对1000kV立柱式氧化锌避雷器三维电位分布进行了数值计算，讨论了影响电阻片电压承担率的多种因素。最后，给出了一种较为理想的均压环结构并得到了试验验证。     

渐近边界条件在轴对称无界高压静电场计算中的应用

将渐近边界条件技术引入到有限元数值计算方法中，计算了具有轴对称特性的两种典型高压电极无界静电场问题。结果表明：采用渐近边界条件后，计算结果具有较高的精度，可以尽可能地缩小人工边界的设置范围；该技术保留了有限元法的显著优点—系数矩阵的高度稀疏性和对称性；对于长宽比值较大的窄形电极问题，如采用人工边界为矩形的渐近边界条件，将会使计算效率显著提高。     

三维静电场等参元分析

采用等参元有限元法对真空接触器—熔断器组合电器静电场进行了数值计算,介绍了三维静电场等参元的分析方法,剖分单元为15节点五面体单元,场域自动剖分具有几何尺寸可变、单元疏密可调的特点。任意一点电场强度和任意一条电力线长度的计算,使三维静电场逆问题的求解成为现实,为了考核三维静电场数值计算准确度,分别求解两平行圆柱电极间电场的解析解与数值解,并进行了比较。     

三种电场数值计算方法的比较和应用

文中对静电场的三种数值计算方法——有限元法、模拟电荷法和边界电荷元法的一般原理和实施办法作了详细的阐述,并结合具体算例分析比较了各种方法的优劣:指出积分解法较之有限元法输入信息量少,能使问题普遍降低一维考虑;易于提高场强的计算精度,便于对误差进行估计和控制,特别适于解算需频繁变动边界的问题,但也存在系数矩阵必须满存、多介质问题的处理较为困难、迭代耗时、程序通用性差的缺点。     

有限元—解析结合法求解ZnO电阻片介电系数

在已知电阻片电容量的情况下 ,采用有限元—解析结合解法求解其介电系数。并以此为参数用有限元法分析计算了某氧化锌避雷器 (MOA)电阻片的电压承担率 ,计算结果与实测结果具有良好的一致性     

基于区域分解法的电磁场并行计算研究

针对有限元法求解大规模电磁场问题时常常受单机计算速度和内存限制的问题,考虑运用并行求解的解决方法。在论述了适合并行求解的区域分解法的原理后,建立了二维静电场问题的模型;运用区域分解法对模型进行了区域划分;基于6台高性能PC机搭建的分布式并行系统,运用并行共轭梯度法(CG)对有限元线性方程组进行并行求解,取得了较高的效率加速比。对于自由度多达百万的大规模问题,该并行求解大大提高了计算速度,为并行求解三维电磁场奠定了基础。     

110kV交联聚乙烯电缆接头主绝缘含杂质的击穿特性分析

为了研究电缆接头主绝缘上含有杂质时高压静电场的分布和数值大小,采用有限元法,计算了加载110kV恒定电压于电力电缆上时,其接头的静电场分布与数值。结果表明,电缆接头含有杂质将引起接头部分电场的畸变现象,当超过其击穿场强时绝缘部分将会被击穿。然后在110kV交联聚乙烯电力电缆接头的主绝缘处人工涂抹一定量的半导电漆作为杂质,通过现场试验验证了有限元分析结果的正确性。     

双屏蔽电机定子端部漏抗计算及其影响分析

针对双屏蔽电机端部结构件复杂,端部漏抗难以计算的问题。采用三维有限元数值解法对双屏蔽电机端部漏抗进行计算,利用端部漏抗计算结果采用二维场路耦合有限元法对双屏蔽电机性能进行计算,并将计算结果与实测值进行对比。在此基础上,分析了解析法在计算端部漏抗时产生误差的原因以及解析法的计算误差对电机性能计算的影响。计算结果表明:利用数值法计算端部漏抗得到的电机性能与实测值更接近,与数值法相比,由解析法计算误差引起的起动电流倍数和起动转矩倍数相对误差可分别达到11.75%和20.48%。计算结果为双屏蔽电机设计及计算提供了更准确的参考依据。     

冲击电压下±500kV直流线路分压器电位分布数值模拟

基于"场-路"等效的思想,将冲击电压下±500kV直流线路分压器等效成电路模型,应用有限元-解析结合解法求取等效电路中的杂散电容及电感,然后用Milne法分析等效电路,从而获得了冲击电压下沿分压器高度方向上的瞬态电压分布.在数值模拟与实测结果相吻合的基础上,进一步分析并讨论了采用并联集总电容改善电压分布不均匀性时并联集总电容的选取,最后给出了一种较为理想的补偿方案.     

核主泵驱动电动机屏蔽套涡流损耗混合算法研究

针对大型核主泵驱动用双屏蔽感应电动机定转子屏蔽套涡流损耗计算复杂的问题,提出了一种混合算法,该算法将二维有限元法与解析法相结合解决了屏蔽套涡流损耗计算过程中计算精度与计算速度的矛盾。以有限元二维磁场数值分析为基础,结合麦克斯韦方程组,推导了定转子屏蔽套涡流损耗二维解析模型。以一台兆瓦级核主泵驱动用双屏蔽感应电动机为例,对电动机定转子屏蔽套涡流损耗进行了详细的分析计算,并将计算结果与瞬态磁场分析有限元法的计算进行了对比分析,验证了混合算法的正确性。     

Efficient hybrid scheme of finite element method of lines for modelling computational electromagnetic problems

A hybrid scheme called finite element method of lines is proposed and described for modelling and analysis of generalized computational electromagnetic problems with emphasis on a number of irregular waveguide examples. This new technique is developed by combining a finite element method with a method of lines so that it can handle not only irregular composite geometry but also maintain high accuracy enjoyed by semi‐analytical procedures. Analytical and numerical algorithmic building blocks of this new scheme are discussed in detail such as geometry discretization, element mapping, element trial functions, reformulation and computational issues of non‐linear ordinary differential equations. Our results show that this new technique is able to efficiently solve complex problems as compared with the conventional method of lines. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

A combined method of simulation of an electric circuit and field problems in the theory of induction heating

A combined method for numerical computation of the electromagnetic field in induction-heating systems is proposed and used. The method consists in a combination of methods of integral equations for the computation of the electromagnetic field in the area outside the load and methods of finite elements or finite differences for the computation of the electromagnetic field inside the load. A method of simulation of electrotechnical systems with simultaneous solving of circuit and field problems is proposed based on this method. Using the example of induction-heating devices, an external problem associated with the computation of circuit inductors, power supplies, and balancing capacitors and an internal problem related to the computation of the electromagnetic field and internal heat sources inside the load are formulated. The simulation of induction heaters is considered taking into account features of thyristor frequency converters with a parallel inverter.     

基于三维自适应有限元的阀厅全模型电场分布并行计算

大规模复杂模型电磁场数值仿真问题一直是计算电磁学中比较难处理的问题。本文采用三维自适应有限元并行求解算法处理此类问题,以某±660kV换流站阀厅全模型电场模拟为例,对阀厅内部关注区域金具表面电场进行仿真计算。并行计算结果与串行计算结果相吻合,验证了本文提出的并行求解算法的正确性和可行性。该并行求解算法,可以显著提高求解速度,实现对于大规模复杂电磁问题的高效数值模拟。     

电机电磁场的有限公式计算技术

有限公式方法是一种新型的基于全局变量的电磁场数值计算方法,该文针对工程中电机几何结构复杂的特点,研究了运用有限公式法计算电机内电磁场时的若干技术问题。提出了一个新的当网格单元形状为不规则三角形时的计算格式,避免了对大型矩阵的求逆运算。首次将全局变量中的源变量定义在原剖分网格上,将全局变量中的形态变量定义在映射剖分网格上,提高了在区域边界不规则的情况下多介质区域中磁场计算精度,和编程效率。该文还首次系统地介绍了有限公式方法中边界条件的处理方法,丰富完善了有限公式方法的理论体系。通过对一台实际电机的电磁场分步以及电气参数计算,并与有限元等方法的计算结果进行对比,验证了方法的可行性与正确性。     

电磁场混合有限元边界元法的发展

本文从开域电磁场的计算出发，简要地评述了目前电磁场数值计算的各种方法。在此基础上，着重阐述了一种能够有效解决开域电磁场计算的新方法－混合有限元边界的发展情况与基本原理。     

并行计算合成绝缘子串电压分布及金具表面电场强度

实际工程应用中的大规模电磁场数值计算需要借助于并行计算。本文首先介绍了适合并行计算的非重叠型区域分解法。基于非重叠型区域分解法的有限元并行计算在单元分析和线性方程组的形成及求解上都是并行的,在传统的只对线性方程组实行并行求解的方法的基础上进一步提高了并行度。为了更精确地对500kV高压输电线路合成绝缘子串上的电位分布以及金具表面电场强度进行计算,建立三维有限元模型,并对该模型分别划分为2～6个分区在本研究室构建的机群环境下实行并行求解。结果表明并行计算能够有效地提高电磁分析的计算效率,计算数据可作为优化屏蔽环位置,以及确定并降低绝缘子端部电场强度的依据。     

求解电磁场的分片多项式方法

本文对给定区域的任意三角剖分，利用分片二次多项式的基函数，导出了一种求解任意场域二维电磁场问题的新数值计算方法－分片多项式方法，按此方法不仅可保证场域中位函数的连续性，而且可保证场量（位的导函数）的连续性，从而提高了电磁场问题数值解的精度，本文方法与通常线性插值有限法相比较，还具有三角元剖分数少及初始输入数据工作量小等优点。     

电磁场分析中大型稀疏对称线性方程组予处理法的改进

本文提出了一种适用于电磁场分析中的大型稀疏对称线性方程组求解的改进予处理法。该方法的特点是，利用原始系数矩阵和分解中的下三角矩阵元素的数值来确定预处理矩阵的稀疏格式，并利用两个控制参数适当减少不完全三角分解的时间。实践表明，该方法能够有效地加快严重病态线性方程组求解的收敛速度。     

基于无单元伽辽金法的电机电磁场计算

无单元伽辽金法(element-free Galerkin method,EFGM)在电磁计算领域已经实现了初步应用。但是,面对结构复杂多介质场域问题时,介质间的交界条件需要额外处理以及建模过程繁琐等缺点,限制了该算法的发展。该文针对电机电磁场域的特点,提出在求解此类场域边值问题时,介质间交界条件近似满足,不必额外处理,并从理论上证明了论点在应用中具有可行性。相对于有限元法,文章分析了算法在复杂结构多介质电磁场应用中的优势,并将其引入到凸极同步电机空载磁场的计算中,结果验证了该文提出的观点是正确的。针对建模繁琐等问题,文章提出了可供参考的处理方案。     

远场涡流检测中的缺陷快速重构技术

远场涡流缺陷重构属于电磁逆问题范畴。针对以往缺陷重构方法中普遍存在的计算时间长或需要大量训练样本的缺点，提出一种基于相似模型和遗传算法的缺陷快速重构方法，分析非轴对称缺陷与轴对称缺陷之间存在的相似模型，并利用集肤深度公式推导出两者之间的缩比因子，从而将耗时巨大的缺陷重构问题转换为二维轴对称情况下的计算问题；同时为进一步缩短重构时间，提出一种加快遗传算法收敛速度的方法。计算结果表明，基于相似模型和遗传算法的缺陷重构方法，在确保重构精度的基础上，可将重构所需总时间缩短至直接利用三维有限元方法重构时的7.6%左右。